| 研究課題/領域番号 |
19J21437
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
西井 啓太 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | 宇宙推進機 / 水 / レジストジェットスラスタ / ハイブリッドロケット / マグネシウム / 金属燃焼 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は，最終目標である水統合推進機の実現に向けて，大きく分けて2つの研究を行った．
第一は超音速ノズル流れの数値シミュレーション解析である．実験環境で取得できないデータを取得するため，数値流体モデリングに着手した．希薄超音速流体をシミュレートするために， DSMC法を用いたインハウスの計算コードを構築した．背景圧力が上昇すると，ノズルの比推力効率が低下するという，実験で得られた傾向を数値計算上でも再現した．また，その低下は圧力推力によるものであることを明らかにした．
第二に，ワイヤ供給型推進機のフィージビリティ・スタディを行った．得られた結果は宇宙推進機として十分に成立しえることを示した．しかし燃焼において仮定している要素が大きく，さらなる現象調査が求められている．そこで，燃焼 ガス内に存在する凝縮性 酸化物の計測を行うべく，レーザー工学系及び，バンドパスフィルタを介したハイスピードカメラによる測定系を構築した．構築した観測系とプレート型金属燃焼装置を自作し，組み合わせることで燃焼ガス観測実験を行った．観測実験により．燃料近傍での酸化剤堆積が特に水を酸化剤としたときに顕著であることを明らかにした．水蒸気では火炎温度が低いため酸化物が飛散しづらく，表面堆積物を核として火炎面に沿った堆積物が生成されるためと考えられる．また，シャドーグラフ法により，燃焼場の酸化物粒子のおよその濃度を取得することに成功した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
最終目的の統合推進系の構築に向け，試験設備影響の評価と金属火炎の学術的アプローチが進展したことから，概ね順調に研究が進展していると言える．
コロナ禍により実験頻度が低下したが，数値シミュレーションを交えてリモート環境でも研究を進展させる工夫が取られた．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究で実際の推進機モデルを提案するに至った．しかし，燃焼状態の大まかな観測により，燃焼生成酸化物の挙動をより詳細に調査することが水-金属推進機において不可欠な要素であると判明し，金属燃焼場をより詳細に光学測定する必要が生じた．測定法は，シャドーグラフ法（吸収分光法），自発光の二色法観測，励起光撮影を予定している．判明した燃焼場の状態から，酸化物の生成・堆積を制御し，推進剤を有効に使うための燃焼形態を提案する．
本年度が最終年度であることから，ここまでの現象観測で判明した情報からさらなる推進機のフィージビリティ・スタディを行い，実現性をまとめる．
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